Лабораторная работа № 1 «исследование полупроводниковых диодов»

Цель работы: снятие и анализ вольт-амперных характеристик (ВАХ) германиевого и кремниевого диодов; определение их основных параметров по характеристикам.

1. Теоретические положения

Полупроводниковый диод содержит один p-n-переход и имеет два вы­вода отpиn-областей. Наиболее распространены и обширны две группы диодов - выпрямительные и импульсные, называемые в некоторых справоч­никах универсальными.

Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойство p-n-перехода - его односторонняя электропроводность, применяют главным образом для выпрямления переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц.

Импульсные диоды примеряют в импульсных режимах работы.

Осо­бенности работы диода в электрической схеме определяются свойствами его вольт-амперной характеристики, вид которой показан на рис. 1.1.

Прямую ветвь ВАХ снимают, включив испытуемый диод в схему, показанную на рис. 1.2, а. Прямой ток через диод I_ПР задается генератором тока ГТ, характерной особенностью которого является слабая зависимость тока от сопротивления нагрузки. Плавно увеличивая от нуля ток генератора ГТ, измеряют прямое напряжение U_ПР диода для ряда значений прямого тока I_ПР.

Обратную ветвь ВАХ снимают, включив диод в схему, показанную на рис. 1.2, б. Здесь в качестве источника используется генератор напряжения ГН2. Плавно увеличивая от нуля выходное напряжение ГН2, измеряют обратный ток I_ОБР диода для ряда значений обратного напряжения U_ОБР.

Анализ типовых ВАХ германиевого и кремниевого диодов (рис. 1.1) позволяет сделать следующие выводы:

- прямое падение напряжения U_ПР на германиевом диоде меньше, чем на кремниевом при одном и том же прямом токе;

- напряжение включения U_ВКЛ1 германиевого диода составляет (0,10,15) В, а кремниевого U_ВКЛ2 = (0,30,4) В;

- обратный ток I_О кремниевого диода значительно меньше обратного тока германиевого при одинаковых обратных напряжениях.

Эти выводы позволяют разграничить назначение германиевых и кремниевых диодов. Германиевые диоды применяют для обработки сигналов малой амплитуды (до 0,3 В). Кремниевые диоды при подаче на них сигналов с амплитудой меньше 0,3 В одинаково плохо проводят ток как в прямом, так и в обратном направлениях. Кремниевые диоды распространены шире, чем германиевые, и применяются в тех случаях, когда большой обратный ток недопустим. Кроме того, они сохраняют работоспособность до температуры окружающей среды 150С, тогда как германиевые могут работать только до 70С.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

- прямой номинальный ток I_Н - это ток, который длительно может протекать через отпертый диод и не перегревать его;

- прямое постоянное напряжение U_ПР - это падение напряжения на открытом диоде при протекании через него прямого тока I_Н;

- напряжение включения U_ВКЛ - это малое прямое напряжение, при котором начинает отпираться диод, т.е. появляется прямой ток;

- максимально допустимое обратное напряжение U_{ОБР.MAX.ДОП} - это напряжение, которое еще не вызывает пробоя запертого диода, превышать это напряжение не допустимо;

- постоянный обратный ток I_О - это тепловой ток запертого диода при U_{ОБР.MAX.ДОП};

- дифференциальные сопротивления отпертого R_ОТП и запертого R_ЗАП диода, которые легко определяются по ВАХ на соответствующих рабочих участках:

- максимально допустимая мощность рассеиваемая на диоде P_MAX.ДОП - это мощность, которая не вызывает чрезмерного разогрева диода, а следовательно и теплового пробоя.

Превышение U_{ОБР.MAX.ДОП} переводит диод в режим электрического пробоя. Различают электрический и тепловой пробои p-n-перехода. Электрический пробой может быть лавинным и туннельным и не сопровождаться разрушением p-n-перехода. Тепловой пробой, как правило, приводит к разрушению p-n-перехода и выводу диода из строя.